Onde há eletricidade, geralmente há calor – e esse é um grande obstáculo para encolher dispositivos eletrônicos. Os cientistas descobriram agora que os nanofios feitos de um certo isótopo de silício podem conduzir o calor 150% melhor do que o silício comum, potencialmente levando a chips de computador drasticamente mais frios.
Em um sistema eletrônico movimentado, as correntes elétricas geram muito calor, o que pode danificar os componentes se for acumulado. Como tal, a tecnologia de resfriamento também avançou em um ritmo rápido, mas à medida que os eletrônicos ficam cada vez menores, fica mais difícil dissipar o calor com eficiência.
No novo estudo, os pesquisadores descobriram um novo fenômeno que poderia um dia ser usado para fabricar chips de computador com propriedades de resfriamento muito superiores. A chave é um isótopo particular de silício, conhecido como silício-28 (Si-28). Isótopos são átomos de um determinado elemento que contêm diferentes números de nêutrons.
A maioria – cerca de 92 por cento – do silício já existe como Si-28, enquanto cinco por cento é silício-29 e os três por cento restantes são silício-30. Em um chip de computador, esses isótopos têm as mesmas funções eletrônicas gerais, mas estudos anteriores descobriram que “impurezas” de Si-29 e Si-30 podem interromper o fluxo de calor.
No passado, os cientistas descobriram que fabricar componentes de puro silício-28 a granel pode melhorar a condução de calor em cerca de 10% - nada mal, mas não vale o custo extra. Para o novo estudo, os pesquisadores examinaram o quão bem os nanofios feitos de puro Si-28 conduziriam o calor.
A equipe colocou um nanofio Si-28 medindo apenas 90 nanômetros de largura entre duas almofadas de microaquecedor e aplicou uma corrente elétrica a uma delas para que o calor gerado fluísse do nanofio para a outra. Os cientistas esperavam que a melhoria fosse da ordem de 20% ou mais – mas, para sua grande surpresa, o desempenho foi 150% melhor do que os nanofios de silício natural.
Um exame mais detalhado revelou que uma camada de dióxido de silício se formou na parte externa do nanofio, suavizando efetivamente uma superfície geralmente áspera que espalha o calor. Por dentro, a falta de defeitos de outros isótopos manteve o calor no caminho para percorrer o núcleo do nanofio.
Os pesquisadores dizem que seu trabalho pode abrir caminho para novos chips de computador que podem transferir o calor com mais eficiência, mesmo em escalas minúsculas. Há um grande problema, no entanto – continua caro e difícil isolar o silício-28 de outros isótopos. Mas avanços futuros também podem ser feitos nessa área, especialmente com alguns novos motivos para isso.
A pesquisa foi publicada na revista Physical Review Letters.
Fonte: Berkeley Lab
